JPH0742589A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｏ₂ センサの応答性に応じてディレイを調節
することによって、Ａ／Ｆずれを補償可能な空燃比制御
装置を提供すること。 【構成】 （エ）に示すように、Ｏ₂ センサ出力電圧Ｖ
Ｏ₂ の経時変化に対応して所定式に基づき演算されたデ
ィレイＴＤlr，ＴＤrlによってフィードバック補正量の
スキップ実行タイミングを制御している。この場合は、
ディレイＴＤlr＝０となっており、ディレイＴＤrl，Ｔ
Ｄlr（＝０）によって、リッチである時間とリーンであ
る時間とが（ほぼ）等しくなりリーンズレは見られな
い。それに対し、（ウ）に示した従来技術でもある固定
ディレイの場合には、最初は適したディレイＴＤlr，Ｔ
Ｄrlであったかも知れないが、経時変化によるＯ₂ セン
サ出力電圧ＶＯ₂ の応答性変化によって、ディレイＴＤ
lr，ＴＤrlが不適合な値（理想値からずれている）とな
ってリーンズレしていく様子が伺える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、理論空燃比近傍で出力
が急変する酸素センサの出力と理論空燃比を表す基準値
とを比較することによってリーン及びリッチの判定を行
い、その判定結果に応じて空燃比フィードバック制御を
行う内燃機関の空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、理論空燃比近傍で出力が急変する酸素センサの出力
を検出する酸素センサ出力検出手段を備え、酸素センサ
の出力信号と理論空燃比を表す基準値とを比較すること
によってリーン及びリッチの判定を行い、その判定結果
に応じて空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空
燃比制御装置が知られている。このような空燃比制御装
置における酸素センサ（以下、Ｏ₂ センサとも記す）の
応答速度は、リーンからリッチに変化する時よりもリッ
チからリーンに変化する時の方が遅いため、Ｏ₂ センサ
出力を基準電圧と単純に比較してリッチ、リーンを判定
すると必然的に空燃比は理論空燃比よりもリーンにな
る。

【０００３】これに対し、特公昭６１−５６４１３号に
開示されている空燃比制御装置においては、Ｏ₂ センサ
出力が基準電圧を越えたり、又は下回ったとき、それぞ
れにディレイを設けている。そして、リーンからリッチ
になった時よりもリッチからリーンになった時のディレ
イを大きくすることで、Ｏ₂ センサの応答速度の違いを
補償しようとするものである。

【０００４】しかしながら、この特公昭６１−５６４１
３号の空燃比制御装置は、Ｏ₂ センサの静特性の経時変
化に対しては、基準電圧は経時変化が少ない値に設定し
てＡ／Ｆ（空燃比）ずれを防止しているものの、Ｏ₂ セ
ンサの動特性、すなわち応答速度の経時変化については
考慮していない。つまりこの従来の装置では、ディレイ
を、リーンからリッチになったときよりもリッチからリ
ーンになったときの方を大きくする、というように一義
的に決めている。また、ディレイの値は固定値に設定し
ている。

【０００５】このような固定設定のディレイの場合、リ
ーンからリッチへの応答時間、又はリッチからリーンへ
の応答時間が両方とも経時変化量が同じ場合は問題ない
が、どちらか一方の経時変化量が他方を上回った場合に
は理論空燃比をはずれてしまい、リーンあるいはリッチ
側にずれていくという問題が生じる。

【０００６】そこで、本発明は上記課題を解決し、Ｏ₂
センサの応答性に応じてディレイを調節することによっ
て、Ａ／Ｆずれを補償可能な空燃比制御装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、図１
に基本構成図に例示するように、理論空燃比近傍で出力
が急変する酸素センサＭ１の出力を検出する酸素センサ
出力検出手段Ｍ２を備え、酸素センサの出力信号と理論
空燃比を表す基準値とを比較することによってリーン及
びリッチの判定を行い、その判定結果に応じて空燃比フ
ィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置にお
いて、内燃機関Ｍ３の運転状態を検出する運転状態検出
手段Ｍ４と、該運転状態検出手段Ｍ４により内燃機関Ｍ
３が所定の運転状態であると判断された場合に、空燃比
がリッチからリーン及びリーンからリッチに反転すると
きの、上記酸素センサＭ１の出力の応答性を演算する応
答性演算手段Ｍ５と、該応答性演算手段Ｍ５により得ら
れた応答性に基づいてフィードバック補正量のスキップ
実行までのディレイを演算するディレイ演算手段Ｍ６と
を備え、該ディレイ演算手段Ｍ６より得られたディレイ
に応じて、フィードバック補正量のスキップ実行タイミ
ングを制御することを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成を有する本発明の内燃機関の空燃比制
御装置によれば、酸素センサ出力検出手段Ｍ２が、理論
空燃比近傍で出力が急変する酸素センサＭ１の出力を検
出し、応答性演算手段Ｍ５が、運転状態検出手段Ｍ４に
より内燃機関Ｍ３が所定の運転状態であると判断された
場合に、空燃比がリッチからリーン及びリーンからリッ
チに反転するときの、酸素センサＭ１の出力の応答性を
演算する。この応答性としては、例えば高レベルの設定
電圧と低レベルの設定電圧との間を出力電圧が変化する
時間や、所定時間に変化した出力電圧の変化量、または
出力電圧の微分値等が用いられる。

【０００９】そして、ディレイ演算手段Ｍ６が、応答性
演算手段Ｍ５により得られた応答性に基づいてフィード
バック補正量のスキップ実行までのディレイを演算す
る。このディレイ演算手段Ｍ６より得られたディレイに
応じて、フィードバック補正量のスキップ実行タイミン
グが制御される。

【００１０】このように、酸素センサの応答性に応じた
ディレイを求めているため、酸素センサの静特性の経時
変化はもちろんのこと、酸素センサの動特性、すなわち
応答速度の経時変化についても考慮され、リーンからリ
ッチへの応答時間、又はリッチからリーンへの応答時間
のどちらか一方の経時変化量が他方を上回った場合にで
も、Ａ／Ｆずれが補償される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。図２は
本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実施例を示
す全体構成図である。図２において、機関本体１の吸気
通路２にはエアフローメータ３が設けられている。エア
フローメータ３は吸入空気量Ｑを直接計測するものであ
って、ポテンショメータを内臓して吸入空気量Ｑに比例
したアナログ電圧の出力信号を発生する。この出力信号
は運転状態検出手段５に供給されている。

【００１２】また、機関本体１には機関回転数Ｎｅを検
出するためのマグネットピックアップ（ＭＰＵ）７が備
えられており、ＭＰＵ７からの機関回転数Ｎｅも運転状
態検出手段５に供給されている。さらに、吸気通路２に
は各気筒毎に燃料供給系から加圧燃料を吸気ポートへ供
給するための燃料噴射弁９が設けられている。また、吸
気通路２のスロットル弁１１には、スロットル弁１１の
開度ＴＶＯを検出するスロットル開度センサ（ＴＶＯセ
ンサ）１３が設けられており、この出力信号も上記運転
状態検出手段５に供給されている。

【００１３】一方、排気マニホールド１５には、排気ガ
ス中の３つの有害成分ＨＣ，ＣＯ，ＮＯx を同時に浄化
する三元触媒を収容する触媒コンバータ１７が設けられ
ている。そして、排気マニホールド１５の、触媒コンバ
ータ１７の上流側には酸素センサ（以下Ｏ₂ センサと記
す）１９が設けられている。このＯ₂ センサ１９は排気
中の空燃比に応じた出力電圧ＶＯ₂ を発生させるもので
あり、出力電圧ＶＯ₂はＯ₂ センサ出力検出手段２１に
入力するよう構成されている。

【００１４】本空燃比制御装置においては、このＯ₂ セ
ンサ出力検出手段２１及び上記運転状態検出手段５から
のデータに基づき、応答性演算手段２３が応答性を演算
し、その応答性に基づいてディレイ演算手段２５がディ
レイを演算する。そして、そのディレイに基づいてフィ
ードバック補正量演算手段２７がフィードバック（Ｆ／
Ｂ）補正量を演算する。また基本噴射量演算手段２９
は、運転状態検出手段５からのデータに基づいて基本噴
射量ＴP を演算する。これらフィードバック補正量演算
手段２７及び基本噴射量演算手段２９により演算された
基本噴射量ＴP 及びＦ／Ｂ補正量とによって、燃料噴射
弁９に対する最終噴射量が決定される。

【００１５】なお、上記各手段２１，２３，２５，２
７，２９における作用・演算処理等については、以下に
説明する本実施例の空燃比制御装置の作動において、詳
しく説明する。Ｏ₂ センサ１９の静特性を図３に示す。
このようにＯ₂ センサ１９の出力電圧ＶＯ₂ は、空燃比
が１４．７（λ＝１）を境として０〜１Ｖの範囲で変化
する。すなわち出力電圧ＶＯ₂ は、リッチの時は約１
Ｖ、リーンのときは約０Ｖを出力する。

【００１６】このＯ₂ センサ１９の使用状態を示すと、
内燃機関の排気浄化を触媒コンバータ１７において効率
よく行うため、また空燃比を１４．７に制御するため、
フィードバック補正量によりリッチ／リーンに周期的に
振動させる。すなわち、Ｏ₂センサ１９の出力電圧ＶＯ₂
が図３の設定電圧Ｖset を上回った時はリッチと判定
し、噴射量をスキップ的に減量し、その後積分により漸
次減量していく。やがて空燃比がリーンになればＯ₂ セ
ンサ１９の出力電圧ＶＯ₂ は設定電圧Ｖset を下回り、
リーンと判定する。このとき噴射量をスキップ的に増量
し、その後積分により漸次増量していく。以上のように
Ｏ₂ センサ１９は排ガスの空燃比Ａ／Ｆがリッチかリー
ンかの判定に用いられる。

【００１７】ここで空燃比Ａ／Ｆがリッチ／リーンと周
期的に振動した時のＯ₂ センサ１９の動特性を図４に示
す。図４に示すように、空燃比Ａ／Ｆがリーン（lean）
からリッチ（rich）へ反転するときの応答時間Ｔ１lr
と、リッチからリーンへ反転するときの応答時間Ｔ１rl
とはＯ₂ センサ１９の特性として通常互いに異なってい
る。また、それらの応答時間Ｔ１lr，Ｔ１rlは一般的に
経時変化する。

【００１８】これらの特性をもったＯ₂ センサ１９の出
力電圧ＶＯ₂をＯ₂センサ出力検出手段２１で検出する。
応答性演算手段２３では、運転状態検出手段５により所
定の運転状態であると判断された時に応答性を演算す
る。ここで運転状態検出手段１１で求められる所定の運
転状態とは、Ｏ₂ センサ１９の経時変化が明確に表出す
る定常状態を示す。例えばアイドル等である。

【００１９】応答性演算手段２３における応答性の求め
方を以下に示す。図５においてＯ₂センサ出力電圧ＶＯ₂
が、高レベル設定電圧ＶH と、低レベル設定電圧ＶL
とを通過する時間ｔを計測する。リーンからリッチへ反
転したときは、ｔ＝Ｔlr、リッチからリーンへ反転した
ときはｔ＝Ｔrlとする。ここで両設定電圧ＶH ，ＶL
は、Ｏ₂ センサ１９の静特性において経時変化が少ない
領域の上限、下限値がとられる。例えば高レベル設定電
圧ＶH ＝０．７Ｖ，低レベル設定電圧ＶL ＝０．２Ｖな
どが選ばれる。

【００２０】一方、ディレイ演算手段２５では、上記２
種類の応答時間Ｔlr，Ｔrlに応じてディレイを演算す
る。このディレイは、Ｏ₂ センサ出力電圧ＶＯ₂ が設定
電圧Ｖset を通過した時からフィードバック補正量のス
キップを実行するまでの時間（遅延時間）であり、各応
答時間Ｔlr，Ｔrlに対してそれぞれディレイＴＤlr，Ｔ
Ｄrlを与える。ここで、

【００２１】

【数１】

【００２２】すなわち、リッチからリーンへの反転時間
Ｔrlとリーンからリッチへの反転時間Ｔlrのうち、応答
が遅い方に対応するディレイＴＤrl，ＴＤlrをゼロと
し、速い方に対応するディレイＴＤlr，ＴＤrlを調節し
てＯ₂ センサ１９の応答時間の差によるＡ／Ｆずれを補
償する。

【００２３】続くフィードバック補正量演算手段２７で
は、燃料噴射弁９で噴射する燃料の基本噴射量Ｔ_P （基
本噴射量演算手段２９により演算される）に対し、空燃
比を理論空燃比１４．７に制御するためのフィードバッ
ク補正量を演算する。Ｏ₂ センサ出力電圧ＶＯ₂ が、設
定電圧Ｖset を通過した時から、ディレイＴＤlrもしく
はＴＤrlだけ経過した後、フィードバック補正量にスキ
ップ量ＫP が加えられ、その後積分量ＫI が漸次加えら
れる。この様にしてフィードバック補正量は演算され、
噴射量に反映される。

【００２４】以上の作用により、Ｏ₂ センサ出力電圧Ｖ
Ｏ₂ の応答性が経時変化したとしても、フィードバック
のディレイＴＤrl，ＴＤlrを調整してＡ／Ｆずれを防止
することができる。なお、図６は、経時変化したＯ₂ セ
ンサ出力電圧ＶＯ₂ に対するフィードバック補正量を示
したものである。図６の（ア）〜（エ）に示すタイムチ
ャートについて説明する。

【００２５】（ア）はＯ₂ センサ出力電圧ＶＯ₂ 、
（イ）はディレイなしの場合のフィードバック補正量を
それぞれ示したものである。（ア）はＯ₂ センサ１９の
応答時間Ｔlr，ＴrlがＴlr＜Ｔrlの場合を示したもので
あり、リッチである時間がリーンである時間よりも長く
なる。従って、ディレイがないと（イ）に示すように、
リーンにズレていく。

【００２６】一方、（ウ）はディレイ（ＴＤlr，ＴＤr
l）が固定値の場合である。最初は適したディレイＴＤl
r，ＴＤrlであったかも知れないが、経時変化によるＯ₂
センサ出力電圧ＶＯ₂ の応答性変化によって、ディレ
イＴＤlr，ＴＤrlが不適合な値（理想値からずれてい
る）となってリーンズレしていく様子が示されている。

【００２７】そして（エ）が本発明によるものである。
Ｏ₂ センサ出力電圧ＶＯ₂ の経時変化に対応して上記
（１）〜（３）式に基づきディレイＴＤlr，ＴＤrlを演
算してフィードバック補正量のスキップ実行タイミング
を制御している。この場合は、ディレイＴＤlr＝０とな
っている。そしてこの場合は、ディレイＴＤrl，ＴＤlr
（＝０）によって、リッチである時間とリーンである時
間とが（ほぼ）等しくなりリーンズレは見られない。

【００２８】以上説明したように、本実施例の空燃比制
御装置によれば、Ｏ₂ センサ１９の応答性に応じたディ
レイを求めているため、Ｏ₂ センサ１９の静特性の経時
変化はもちろんのこと、Ｏ₂ センサ１９の動特性、すな
わち応答速度の経時変化についても考慮され、リーンか
らリッチへの応答時間ＴＤlr、又はリッチからリーンへ
の応答時間ＴＤrlのどちらか一方の経時変化量が他方を
上回った場合にでも、Ａ／Ｆずれが補償される。

【００２９】次に、他の実施例について説明する。応答
性演算手段２３における応答性の求め方として、リーン
からリッチ、又はリッチからリーンに反転するとき、所
定の設定電圧ＶH 、又はＶL から所定時間内の電圧変化
量によるものを以下に示す。

【００３０】リーンからリッチに反転するとき、Ｏ₂ セ
ンサ出力電圧ＶＯ₂ は、まず低レベルの設定電圧ＶL を
通過する。このときから、所定時間ＴINT 、例えば１０
ｍｓ経過後の、Ｏ₂ センサ出力電圧ＶＯ₂ を検出する。
このときの電圧上昇量をＶlrとする。逆にリッチからリ
ーンに反転するときは、Ｏ₂ センサ出力電圧ＶＯ₂ が設
定電圧ＶH を通過してから所定時間ＴINT 経過後の電圧
降下量をＶrlとする。各電圧上昇量Ｖlr，Ｖrlに対して
それぞれディレイＴＤlr，ＴＤrlを与える。ここで、

【００３１】

【数２】

【００３２】その他に、リッチからリーン、又はリーン
からリッチに反転するときの出力電圧ＶＯ₂ の微分値を
算出し、それぞれＤrl，Ｄlrとする。各微分値Ｄrl，Ｄ
lrに対してそれぞれディレイＴＤrl，ＴＤlrを与える。
ここで、

【００３３】

【数３】

【００３４】以上のように応答性の求め方は複数ある。
また応答性は、複数の反転時の平均値をとってもよい。
つまり、

【００３５】

【数４】

【００３６】とする方法も考えられる。また、ディレイ
ＴＤlr，ＴＤrl及び平均値ＡＴＤlr，ＡＴＤrlは、学習
値としてメモリしてもよい。さらに、ディレイＴＤlr，
ＴＤrlは応答時間ＴlrとＴrlの差が異なる複数の運転状
態毎に設定してもよく、例えばアイドルＯＮ／ＯＦＦで
切替える等の方法がある。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の内燃機関の
空燃比制御装置によれば、酸素センサの応答性に応じて
フィードバック補正量のスキップ実行までのディレイを
求めているため、酸素センサの静特性の経時変化はもち
ろんのこと、動特性、すなわち応答速度の経時変化につ
いても考慮され、リーンからリッチへの応答時間、又は
リッチからリーンへの応答時間のどちらか一方の経時変
化量が他方を上回った場合にでも、Ａ／Ｆずれを補償す
ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本的構成を例示するブロック図で
ある。

【図２】 本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一
実施例を示す全体構成図である。

【図３】 Ｏ₂ センサ１９の静特性を示す特性図であ
る。

【図４】 空燃比Ａ／Ｆがリッチ／リーンと周期的に振
動した時のＯ₂ センサ１９の動特性を示すタイムチャー
トである。

【図５】 応答性の求め方を示すためのＯ₂ センサ１９
の動特性を示すタイムチャートである。

【図６】 （ア）はＯ₂ センサ出力電圧ＶＯ₂ 、（イ）
はディレイなしの場合のフィードバック補正量、（ウ）
はディレイが固定値の場合のフィードバック補正量、
（エ）は本実施例において演算されたディレイによるフ
ィードバック補正量、をそれぞれ示すタイムチャートで
ある。

【符号の説明】

Ｍ１，１９…酸素センサ、 Ｍ２，２１…酸素センサ出
力検出手段、Ｍ３…内燃機関、Ｍ４，５…運転状態検出
手段、Ｍ５，２３…応答性演算手段、Ｍ６，２５…ディ
レイ演算手段、 １…機関本体、 ３…エアフローメー
タ、９…燃料噴射弁、 １３…スロットル開度センサ、
１７…触媒コンバータ、２９…基本噴射量演算手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 理論空燃比近傍で出力が急変する酸素セ
   ンサの出力を検出する酸素センサ出力検出手段を備え、
   酸素センサの出力信号と理論空燃比を表す基準値とを比
   較することによってリーン及びリッチの判定を行い、そ
   の判定結果に応じて空燃比フィードバック制御を行う内
   燃機関の空燃比制御装置において、 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、 該運転状態検出手段により内燃機関が所定の運転状態で
   あると判断された場合に、空燃比がリッチからリーン及
   びリーンからリッチに反転するときの、上記酸素センサ
   の出力の応答性を演算する応答性演算手段と、 該応答性演算手段により得られた応答性に基づいてフィ
   ードバック補正量のスキップ実行までのディレイを演算
   するディレイ演算手段と、 を備え、該ディレイ演算手段より得られたディレイに応
   じて、フィードバック補正量のスキップ実行タイミング
   を制御することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
   置。